JP2008235798A - Semiconductor device - Google Patents

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靖史 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem wherein the value of resistance in a resistive element is changed by the thermal diffusion of impurities from the lower electrode of a capacitive element to the resistive element section due to heat treatment in the formation of a dielectric film in the capacitive element when creating a semiconductor element, such as MISFETs, the capacitive elements, and the resistive elements, on the same semiconductor substrate. <P>SOLUTION: In the structure of a semiconductor device, a projection or a recess is provided partially on an element separation film between conductive materials between a lower electrode for composing the capacitive element and the resistive element, thus preventing impurities traveling in the film due to heat treatment in the formation of the dielectric film of the capacitive element from reaching a nearby element and preventing the concentration of the impurities in the resistive element from changing. With such a structure, the resistive element having a prescribed resistance value can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor:MIS型電界効果トランジスタ)、抵抗素子、および容量素子を含む半導体装置を同一半導体基板上に形成する方法に関し、特に抵抗素子を所定の値にすることが可能な半導体装置の構造に関する。   The present invention relates to a method of forming a semiconductor device including a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor), a resistive element, and a capacitive element on the same semiconductor substrate, and in particular, sets the resistive element to a predetermined value. The present invention relates to a structure of a semiconductor device capable of performing

近年、半導体装置の高集積化の要求によって、MISFET等の能動素子、または抵抗素子や容量素子などの受動素子は、微細化している。それにより、半導体基板上にある程度大きな面積を必要とする容量素子や抵抗素子も半導体基板上に搭載可能となり、必要な素子の全てを半導体基板上に形成する集積回路の開発が盛んになってきた。
特に、容量素子や抵抗素子を半導体基板上に設ける絶縁性領域上に形成する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
In recent years, active elements such as MISFETs or passive elements such as resistance elements and capacitive elements have been miniaturized due to demands for higher integration of semiconductor devices. As a result, capacitive elements and resistive elements that require a certain large area on the semiconductor substrate can be mounted on the semiconductor substrate, and the development of integrated circuits that form all necessary elements on the semiconductor substrate has become active. .
In particular, a technique for forming a capacitive element or a resistive element on an insulating region provided on a semiconductor substrate is known (see, for example, Patent Document 1).

図を用いて説明する。以下、図7は、特許文献1に示した従来技術をその主旨を逸脱しないように配慮しつつ、説明しやすいように書き直した図であって、半導体装置の断面を模式的に示した断面図である。図7において、1はシリコンで構成する半導体基板、2はフィールド絶縁膜などの絶縁性領域である素子分離膜、3はMISFETのゲート絶縁膜、4はポリシリコン層、5は誘電体膜である。40a,40bはポリシリコン層に添加した不純物である。この不純物は○印で示している。破線矢印は、不純物の移動を示している。   This will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a semiconductor device, which is a diagram rewritten for ease of explanation while considering the prior art shown in Patent Document 1 without departing from the gist thereof. It is. In FIG. 7, 1 is a semiconductor substrate made of silicon, 2 is an element isolation film which is an insulating region such as a field insulating film, 3 is a gate insulating film of MISFET, 4 is a polysilicon layer, and 5 is a dielectric film. . 40a and 40b are impurities added to the polysilicon layer. This impurity is indicated by a circle. Dashed arrows indicate the migration of impurities.

図7は、容量素子部に容量素子、抵抗素子部に抵抗素子、MISFET部にMISFETを形成する半導体装置の製造工程の途中の状態を示した図である。製造工程が終了して完成する容量素子は、上部電極と下部電極とを対向配置し、それらの間に誘電体層を挟持する構成を有している。下部電極は、ポリシリコン層4の所定の領域に不純物40aを添加するとともに、所定の工程でその形状を加工してなる。誘電体層は誘電体膜5を所定の形状に加工する。上部電極は図示しないが、同じく所定の形状に加工する。   FIG. 7 is a diagram showing a state during the manufacturing process of a semiconductor device in which a capacitive element is formed in the capacitive element portion, a resistive element is formed in the resistive element portion, and a MISFET is formed in the MISFET portion. A capacitor element completed after the manufacturing process has a configuration in which an upper electrode and a lower electrode are arranged to face each other and a dielectric layer is sandwiched therebetween. The lower electrode is formed by adding an impurity 40a to a predetermined region of the polysilicon layer 4 and processing its shape in a predetermined process. The dielectric layer processes the dielectric film 5 into a predetermined shape. Although the upper electrode is not shown, it is similarly processed into a predetermined shape.

抵抗素子は、ポリシリコン層4の所定の領域に不純物40bを添加するとともに、所定の工程でその形状を加工してなる。
MISFETは、ポリシリコン層4を所定の形状に加工してゲート電極を形成するものである。
つまり、容量素子の下部電極と抵抗素子とは、同一のポリシリコン層4で形成している。
The resistance element is formed by adding an impurity 40b to a predetermined region of the polysilicon layer 4 and processing its shape in a predetermined process.
The MISFET forms the gate electrode by processing the polysilicon layer 4 into a predetermined shape.
That is, the lower electrode and the resistance element of the capacitive element are formed of the same polysilicon layer 4.

特開平11−54700号公報(5頁、図7)Japanese Patent Laid-Open No. 11-54700 (page 5, FIG. 7)

特許文献1に示した従来技術は、容量素子を構成する下部電極と抵抗素子とを同じポリシリコン層で形成しているため、これらを別々に形成することにより製造工程を短縮することができるという利点があるが、発明者が検討したところ、抵抗素子の抵抗値が設計値と異なってしまうことがあるとわかった。   In the prior art disclosed in Patent Document 1, since the lower electrode and the resistance element constituting the capacitor element are formed of the same polysilicon layer, the manufacturing process can be shortened by forming them separately. Although there is an advantage, when the inventor examined, it was found that the resistance value of the resistance element might be different from the design value.

すなわち、誘電体膜5を形成する際に印加する熱によって、不純物40aが不純物40bの方向にポリシリコン層4の内部で熱拡散してしまい、その結果、不純物40bの不純
物濃度が変化して抵抗素子の抵抗値が変化してしまうのである。図7においては、不純物40aが不純物40bの方向に移動する様子は、破線矢印で示している。
That is, due to the heat applied when forming the dielectric film 5, the impurity 40a is thermally diffused in the polysilicon layer 4 in the direction of the impurity 40b, and as a result, the impurity concentration of the impurity 40b changes and resistance is increased. The resistance value of the element changes. In FIG. 7, the movement of the impurity 40a in the direction of the impurity 40b is indicated by a dashed arrow.

例えば、下部電極となる領域に添加する不純物40aの濃度を1×1015atoms/cm2、抵抗素子となる領域に添加する不純物40bの濃度を1×1013〜1014atoms/cm2とする。抵抗素子となる領域の不純物濃度は、下部電極となる領域の不純物濃度に比べて大変低い。このため、誘電体膜5の形成工程による熱で不純物40aが移動して不純物40bの部分まで到達すると、不純物40bの不純物濃度が変わってしまうのである。 For example, the concentration of the impurity 40a added to the region to be the lower electrode is 1 × 10 15 atoms / cm 2 , and the concentration of the impurity 40b to be added to the region to be the resistance element is 1 × 10 13 to 10 14 atoms / cm 2 . . The impurity concentration in the region serving as the resistance element is very low compared to the impurity concentration in the region serving as the lower electrode. For this reason, when the impurity 40a moves and reaches the portion of the impurity 40b by the heat in the process of forming the dielectric film 5, the impurity concentration of the impurity 40b changes.

このような問題を解決するには、抵抗素子部に形成する抵抗素子の不純物濃度を、この熱拡散を考慮に入れて予め低くしておけばよい。しかしながら、半導体基板上に容量素子と抵抗素子とが一対しかない場合ならばこのような不純物濃度の設定もできるが、それぞれ複数の素子が半導体装置の仕様に応じて自由にレイアウトされている高集積化した近年の半導体装置にあっては、素子の配置場所ごとに不純物濃度を変更しなければならなくなる。これは、素子の場所ごとに不純物を添加する製造工程が必要になるため、現実的ではない。   In order to solve such a problem, the impurity concentration of the resistance element formed in the resistance element portion may be lowered in advance in consideration of this thermal diffusion. However, such impurity concentration can be set if there is only one pair of a capacitive element and a resistive element on a semiconductor substrate, but a high integration in which a plurality of elements are freely laid out according to the specifications of the semiconductor device. In recent semiconductor devices, the impurity concentration has to be changed for each element arrangement location. This is not practical because it requires a manufacturing process for adding impurities at each element location.

すなわち、特許文献1に示した従来技術は、設計値通りの抵抗値になるように抵抗素子を製造しようとしても狙い通りの値にはならず、さらに、高集積化した半導体装置には適用できなかった。   In other words, the prior art disclosed in Patent Document 1 does not achieve a target value even if a resistance element is manufactured so as to have a resistance value as designed, and can be applied to a highly integrated semiconductor device. There wasn't.

本発明は、このような問題を解決するためになされるものであって、抵抗素子とは異なる素子を同一の半導体基板上に混載しても所定の抵抗値を持つ抵抗素子となるような半導体装置の構造を提供するものである。   The present invention has been made in order to solve such a problem, and a semiconductor having a predetermined resistance value even if an element different from the resistance element is mixedly mounted on the same semiconductor substrate. An apparatus structure is provided.

上記した目的を達するため、本発明の半導体装置の構造は、以下に記した構成を採用するものである。   In order to achieve the above object, the structure of the semiconductor device of the present invention adopts the following structure.

半導体基板上に異なる構造の複数の素子を混載してなる半導体装置において、素子は、上部電極と下部電極とが対向する構造の容量素子、半導体層を加工して所定の形状にしてなる抵抗素子、MISFETのいずれかであって、半導体基板または半導体基板上に設ける素子分離膜上に備え、
容量素子の下部電極を構成する導電性材料、抵抗素子を構成する導電性材料、MISFETのゲート電極を構成する導電性材料のうちいずれか2つの導電性材料が隣接するとき、それら導電性材料の間の半導体基板内もしくは半導体基板上または素子分離膜内もしくは素子分離膜上に凸部または凹部を設けることを特徴とする。
In a semiconductor device in which a plurality of elements having different structures are mixedly mounted on a semiconductor substrate, the elements include a capacitor element having a structure in which an upper electrode and a lower electrode face each other, and a resistance element formed by processing a semiconductor layer into a predetermined shape MISFET, which is provided on a semiconductor substrate or an element isolation film provided on the semiconductor substrate,
When any two of the conductive materials constituting the lower electrode of the capacitive element, the conductive material constituting the resistive element, and the conductive material constituting the gate electrode of the MISFET are adjacent to each other, the conductive materials A convex portion or a concave portion is provided between the semiconductor substrate or the semiconductor substrate or the element isolation film or the element isolation film.

凸部または凹部は、半導体基板または素子分離膜を加工して形成するとともに、一体で構成することを特徴とする。   The convex portion or the concave portion is formed by processing a semiconductor substrate or an element isolation film, and is formed integrally.

凸部または凹部は、その断面がテーパ形状を有していることを特徴とする。   The convex part or the concave part has a tapered shape in cross section.

凸部は、導電性材料とは異なる材質であることを特徴とする。   The convex portion is a material different from the conductive material.

凹部は、導電性材料とは異なる材質で充填されていることを特徴とする。   The recess is filled with a material different from the conductive material.

本発明は、容量素子の下部電極と抵抗素子とを形成する、例えば、ポリシリコン層など
の同一の導電性材料の間の半導体基板内もしくは半導体基板上または素子分離膜内もしくは素子分離膜上に、凸部または凹部を設ける。
このような構造にすることにより、導電性材料は、凸部または凹部に沿って形成されるため、凸部または凹部がない場合に比較して、凸部または凹部の高さの分だけ、容量素子の下部電極となる部分と抵抗素子となる部分の間の導電性材料間の距離を、実質的に長くすることができる。
その結果、誘電体膜を形成する際、高い熱処理を半導体基板全体に加えても、容量素子の下部電極となる部分の高い濃度の不純物は、導電性材料内部を通って低い濃度の不純物を添加された抵抗素子となる部分へ熱拡散により到達することはない。これにより、抵抗素子は、所定の抵抗値を有することができる。
The present invention forms a lower electrode and a resistance element of a capacitive element, for example, in a semiconductor substrate or on a semiconductor substrate or in an element isolation film or on an element isolation film between the same conductive material such as a polysilicon layer Protrusions or recesses are provided.
With such a structure, since the conductive material is formed along the convex portion or the concave portion, the capacity is increased by the height of the convex portion or the concave portion as compared with the case where there is no convex portion or the concave portion. The distance between the conductive materials between the portion serving as the lower electrode of the element and the portion serving as the resistance element can be substantially increased.
As a result, even when high heat treatment is applied to the entire semiconductor substrate when forming the dielectric film, the high concentration impurity in the portion that becomes the lower electrode of the capacitor element is added through the inside of the conductive material. It does not reach the portion that becomes the resistance element by thermal diffusion. Thereby, the resistance element can have a predetermined resistance value.

また、凸部または凹部は、その断面をテーパ形状としたり、容量素子の下部電極と抵抗素子とを形成する導電性材料とは異なる材質で構成することもできる。さらに、凹部を導電性材料とは異なる材質で充填してもよい。
そのようにすることによって、容量素子の下部電極と抵抗素子とが近接配置していても、導電性材料の距離を実質的に長くすることができ、導電性材料内部を通って低い濃度の不純物を添加された部分への熱拡散を防ぐことができる。
In addition, the convex portion or the concave portion can have a tapered cross section, or can be formed of a material different from the conductive material forming the lower electrode and the resistance element of the capacitor element. Furthermore, the recess may be filled with a material different from the conductive material.
By doing so, even when the lower electrode of the capacitor element and the resistor element are arranged close to each other, the distance of the conductive material can be substantially increased, and the impurity of low concentration passes through the inside of the conductive material. It is possible to prevent thermal diffusion to the part to which is added.

以下、本発明の半導体装置の実施形態を図面を参照しながら説明する。本実施形態においては、半導体基板をシリコン半導体基板とする例を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example in which a semiconductor substrate is a silicon semiconductor substrate will be described.

[第1の実施形態の構造の説明:図1(a),(b)]
以下、本発明の第1の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図1(a)および(b)は本発明の半導体装置の形状を模式的に示する断面図である。容量素子部、抵抗素子部、およびMISFET部の配置領域の境界は、説明しやすいように矢印でその領域を示している。
図1(a)は容量素子部、抵抗素子部、およびMISFET部の各々の間の素子分離膜に凸部を設ける構造を説明する断面図である。また、図1(b)は容量素子部、抵抗素子部、およびMISFET部の各々の間の素子分離膜に凹部を設ける構造を説明する断面図である。
[Description of Structure of First Embodiment: FIGS. 1A and 1B]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are cross-sectional views schematically showing the shape of the semiconductor device of the present invention. The boundaries of the arrangement regions of the capacitive element portion, the resistive element portion, and the MISFET portion are indicated by arrows for easy explanation.
FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a structure in which a convex portion is provided in an element isolation film between each of a capacitive element portion, a resistive element portion, and a MISFET portion. FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating a structure in which a recess is provided in the element isolation film between the capacitor element portion, the resistor element portion, and the MISFET portion.

まず、図1を用いて本発明の半導体装置の構成を説明する。図1(a)において、1はシリコンで構成する半導体基板、2はフィールド絶縁膜などの素子分離膜、3はMISFETのゲート絶縁膜、4aは容量素子の下部電極、4bは抵抗素子、4cはMISFETのゲート電極、5は誘電体膜、6aは容量素子の上部電極、7aはMISFETのソース領域、7bはMISFETのドレイン領域である。40a、40b、60aはそれぞれ不純物を示し、図中の○印と△印で示している。8は素子分離膜2に設ける凸部である。
また、図1(b)においては、符号1から60aまでは図1(a)と同様であり、符号9が素子分離膜2に設ける凹部である。
First, the structure of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1A, 1 is a semiconductor substrate made of silicon, 2 is an element isolation film such as a field insulating film, 3 is a gate insulating film of MISFET, 4a is a lower electrode of a capacitive element, 4b is a resistance element, 4c is A gate electrode of MISFET, 5 is a dielectric film, 6a is an upper electrode of a capacitor, 7a is a source region of MISFET, and 7b is a drain region of MISFET. Reference numerals 40a, 40b, and 60a denote impurities, which are indicated by ◯ and Δ in the figure. A convex portion 8 is provided on the element isolation film 2.
In FIG. 1B, reference numerals 1 to 60a are the same as those in FIG. 1A, and reference numeral 9 denotes a recess provided in the element isolation film 2.

半導体基板1に選択的に設ける素子分離膜2によって素子を形成する領域を決める。もちろん、半導体基板1の上部も素子分離膜2の上部も素子を形成する領域となる。素子分離膜2の上部には、容量素子を形成する容量素子部、抵抗素子を形成する抵抗素子部を設けている。半導体基板1の上部には、MISFETを形成するMISFET部を設けている。   A region for forming an element is determined by an element isolation film 2 selectively provided on the semiconductor substrate 1. Of course, both the upper portion of the semiconductor substrate 1 and the upper portion of the element isolation film 2 are regions for forming elements. Above the element isolation film 2, a capacitive element portion for forming a capacitive element and a resistive element portion for forming a resistive element are provided. A MISFET portion for forming a MISFET is provided on the upper portion of the semiconductor substrate 1.

図1に示す構成では、素子分離膜2に凸部8,凹部9を設けており、各々素子分離膜2を加工して形成しており、素子分離膜2と一体となっている。凸部8または凹部9は、容
量素子部と抵抗素子部との間、または抵抗素子部とMISFET部との間に設ける。図1に示す例では、抵抗素子部と隣接する他の素子部の間に2つ設けている。
In the configuration shown in FIG. 1, the element isolation film 2 is provided with a convex portion 8 and a concave portion 9, each of which is formed by processing the element isolation film 2, and is integrated with the element isolation film 2. The convex portion 8 or the concave portion 9 is provided between the capacitive element portion and the resistive element portion, or between the resistive element portion and the MISFET portion. In the example shown in FIG. 1, two are provided between the resistive element portion and another adjacent element portion.

また、図1に示す例では、凸部8は素子分離膜2の上部に設け、凹部9は素子分離膜2の内部に設けている。
つまり、凸部8,凹部9は、半導体基板1の内部もしくは半導体基板1の上部、または素子分離膜2の内部もしくは素子分離膜2の上部に設ける。
In the example shown in FIG. 1, the convex portion 8 is provided in the upper portion of the element isolation film 2, and the concave portion 9 is provided in the element isolation film 2.
That is, the convex portion 8 and the concave portion 9 are provided inside the semiconductor substrate 1 or above the semiconductor substrate 1, inside the element isolation film 2, or above the element isolation film 2.

容量素子は、ポリシリコン層を加工してなる上部電極6a,下部電極4aを対向配置し、それらの間に誘電体膜5を挟持する構成を有している。誘電体膜5の誘電率で容量素子の静電容量を決めることができる。   The capacitive element has a configuration in which an upper electrode 6a and a lower electrode 4a formed by processing a polysilicon layer are arranged to face each other, and a dielectric film 5 is sandwiched therebetween. The capacitance of the capacitive element can be determined by the dielectric constant of the dielectric film 5.

抵抗素子4bは、ポリシリコン層を加工してなり、不純物40bを含んでいる。MISFETは、半導体基板1にソース領域7aとドレイン領域7bとを設け、これらの間の半導体基板1の上部にゲート絶縁膜3を設け、その上部にポリシリコン層を加工してなるゲート電極4cを設けている。   The resistance element 4b is formed by processing a polysilicon layer and includes an impurity 40b. In the MISFET, a source region 7a and a drain region 7b are provided in a semiconductor substrate 1, a gate insulating film 3 is provided above the semiconductor substrate 1 between them, and a gate electrode 4c formed by processing a polysilicon layer is provided thereon. Provided.

[第1の実施形態の作用説明:図2(a),(b)]
次に、本発明の第1の実施形態の作用を図2を用いて説明する。図2は、本発明の第1の実施形態の製造工程の途中の状態を示する図であり、図1(a)は図2(a)に、図1(b)は図2(b)にそれぞれ対応している。
[Description of Operation of First Embodiment: FIGS. 2A and 2B]
Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing a state in the middle of the manufacturing process of the first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is FIG. 2 (a), and FIG. 1 (b) is FIG. 2 (b). It corresponds to each.

図2(a),(b)に示すように、半導体基板1上に選択的に所定の厚さの素子分離膜2を形成する。その後、知られているホトリソエッチング方法で素子分離膜2に、図2(a)では凸部8、または図2(b)では凹部9を形成する。その後、所定の厚さのゲート絶縁膜3を形成する。もちろん、凸部8または凹部9を形成する前にゲート絶縁膜3を形成してもよい。   As shown in FIGS. 2A and 2B, an element isolation film 2 having a predetermined thickness is selectively formed on the semiconductor substrate 1. Thereafter, a convex portion 8 in FIG. 2A or a concave portion 9 in FIG. 2B is formed in the element isolation film 2 by a known photolithography etching method. Thereafter, a gate insulating film 3 having a predetermined thickness is formed. Of course, the gate insulating film 3 may be formed before the convex portion 8 or the concave portion 9 is formed.

その後、素子分離膜2,凸部8もしくは凹部9の上に、ポリシリコン層4を形成する。ポリシリコン層4は、凸部8の上部もしくは凹部9の底部に形成されるのみならず、凸部8,凹部9の側面に沿っても形成される。   Thereafter, the polysilicon layer 4 is formed on the element isolation film 2, the convex portion 8 or the concave portion 9. The polysilicon layer 4 is formed not only on the top of the convex portion 8 or on the bottom of the concave portion 9 but also along the side surfaces of the convex portion 8 and the concave portion 9.

その後、容量素子の下部電極となる部分に不純物40aを、抵抗素子となる部分に不純物40bを、それぞれ知られているイオン注入方法で添加する。不純物の濃度は、例えば不純物40aの濃度を1×1015atoms/cm2、不純物40bの濃度を1×1013〜1014atoms/cm2とする。
その後、誘電体膜5を、ポリシリコン層4上に形成する。図2(a),(b)はここまでの製造工程の状態を模式的に示している。
Thereafter, the impurity 40a is added to the portion that becomes the lower electrode of the capacitor element, and the impurity 40b is added to the portion that becomes the resistance element by a known ion implantation method. For example, the impurity concentration is set to 1 × 10 15 atoms / cm 2 and the concentration of the impurity 40b is set to 1 × 10 13 to 10 14 atoms / cm 2 .
Thereafter, the dielectric film 5 is formed on the polysilicon layer 4. 2A and 2B schematically show the state of the manufacturing process so far.

すでに説明したように、誘電体膜5を形成する際に印加する熱によって、不純物40aは不純物40bの方向にポリシリコン層4の内部で熱拡散してしまう。
不純物がポリシリコン層4の内部を熱拡散する距離は、ポリシリコン層4の膜質と不純物濃度とかかる温度によりある値を有するが、ポリシリコン層4は、凸部8および凹部9の側面に沿っても形成されているため、容量素子の下部電極となる部分と抵抗素子となる部分との間のポリシリコン層4の距離は、実質的に長くなる。これは、これら凸部8や凹部9による段差によるためである。これにより不純物の抵抗素子部への熱拡散を阻止することができるのである。
As already described, due to the heat applied when the dielectric film 5 is formed, the impurity 40a is thermally diffused in the polysilicon layer 4 in the direction of the impurity 40b.
The distance by which the impurities thermally diffuse inside the polysilicon layer 4 has a certain value depending on the film quality of the polysilicon layer 4, the impurity concentration, and the temperature, but the polysilicon layer 4 extends along the side surfaces of the protrusions 8 and the recesses 9. In this case, the distance of the polysilicon layer 4 between the portion serving as the lower electrode and the portion serving as the resistance element of the capacitive element is substantially increased. This is because of the level difference caused by the convex portions 8 and the concave portions 9. Thereby, it is possible to prevent thermal diffusion of impurities into the resistance element portion.

その結果、不純物40aは不純物40bの部分へ到達しないため、不純物40bの不純物濃度は変わらず、所定の抵抗値を持つ抵抗素子を作成することができるのである。
図2においては、不純物40aが不純物40bの方向に移動する様子は、破線矢印で示している。
As a result, since the impurity 40a does not reach the portion of the impurity 40b, the impurity concentration of the impurity 40b does not change, and a resistance element having a predetermined resistance value can be formed.
In FIG. 2, the state in which the impurity 40a moves in the direction of the impurity 40b is indicated by a dashed arrow.

[第2の実施例形態の説明:図3(a),(b)]
次に、本発明の第2の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図3(a)および(b)は本発明の半導体装置の形状を模式的に示する断面図である。容量素子部、抵抗素子部、およびMISFET部の配置領域の境界は、説明しやすいように矢印でその領域を示している。
[Explanation of Second Embodiment: FIGS. 3 (a) and 3 (b)]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 3A and 3B are cross-sectional views schematically showing the shape of the semiconductor device of the present invention. The boundaries of the arrangement regions of the capacitive element portion, the resistive element portion, and the MISFET portion are indicated by arrows for easy explanation.

第2の実施形態は、すでに説明した第1の実施形態と同じく凸部8や凹部9を設けるが、その形状が異なっている。図3において、80は素子分離膜2に設けるテーパ形状を有する凸部、90は素子分離膜2に設けるテーパ形状を有する凹部である。テーパ形状とは、凸部や凹部の端面が垂直ではなく、一定の角度(傾斜)を有している形状を言う。なお、すでに説明した構成と同じ構成には同じ番号を付与している。   The second embodiment is provided with the convex portion 8 and the concave portion 9 as in the first embodiment already described, but the shape thereof is different. In FIG. 3, 80 is a convex portion having a tapered shape provided in the element isolation film 2, and 90 is a concave portion having a tapered shape provided in the element isolation film 2. The taper shape refers to a shape in which the end surfaces of the convex portion and the concave portion are not vertical but have a certain angle (inclination). The same numbers are assigned to the same components as those already described.

[第2の実施形態の作用説明:図4(a),(b)]
次に、本発明の第2の実施形態の作用を図4を用いて説明する。図4は、本発明の第2の実施形態の製造工程の途中の状態を示する図であり、図3(a)は図4(a)に、図3(b)は図4(b)にそれぞれ対応している。
[Description of Operation of Second Embodiment: FIGS. 4A and 4B]
Next, the operation of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIGS. 4A and 4B are views showing a state in the middle of the manufacturing process of the second embodiment of the present invention, FIG. 3A being FIG. 4A and FIG. 3B being FIG. It corresponds to each.

図4(a),(b)に示すように、半導体基板1上に選択的に所定の厚さの素子分離膜2を形成し、その後、知られているホトリソエッチング方法で素子分離膜2に、凸部80,凹部90を形成する。その後、所定の厚さのゲート絶縁膜3を形成した後、素子分離膜2,凸部80もしくは凹部90の上に、ポリシリコン層4を形成する。ポリシリコン層4は、凸部80の上部もしくは凹部90の底部に形成されるのみならず、凸部80,凹部90の側面に沿っても形成される。   As shown in FIGS. 4A and 4B, an element isolation film 2 having a predetermined thickness is selectively formed on the semiconductor substrate 1, and then the element isolation film 2 is formed by a known photolithography etching method. Then, the convex part 80 and the concave part 90 are formed. Thereafter, a gate insulating film 3 having a predetermined thickness is formed, and then the polysilicon layer 4 is formed on the element isolation film 2, the convex portion 80 or the concave portion 90. The polysilicon layer 4 is formed not only on the upper part of the convex part 80 or the bottom part of the concave part 90 but also on the side surfaces of the convex part 80 and the concave part 90.

すでに説明したように、誘電体膜5を形成する際に印加する熱によって、不純物40aは不純物40bの方向にポリシリコン層4の内部で熱拡散してしまうが、ポリシリコン層4は、凸部80および凹部90の側面に沿っても形成されているため、容量素子の下部電極となる部分と抵抗素子となる部分との間のポリシリコン層4の距離は、実質的に長くなる。これは、これら凸部80や凹部90によるテーパ形状に起因するより複雑な段差によるためである。これにより不純物の抵抗素子部への熱拡散を阻止することができるのである。   As already described, the heat applied when forming the dielectric film 5 causes the impurity 40a to thermally diffuse inside the polysilicon layer 4 in the direction of the impurity 40b. Since it is also formed along the side surfaces of 80 and the recess 90, the distance of the polysilicon layer 4 between the portion serving as the lower electrode of the capacitive element and the portion serving as the resistance element is substantially increased. This is because of a more complicated level difference due to the tapered shape of the convex portion 80 and the concave portion 90. Thereby, it is possible to prevent thermal diffusion of impurities into the resistance element portion.

その結果、不純物40aは不純物40bの部分へ到達しないため、不純物40bの不純物濃度は変わらず、所定の抵抗値を持つ抵抗素子を作成することができるのである。
図4においては、図2と同様に不純物40aが不純物40bの方向に移動する様子は、破線矢印で示している。
As a result, since the impurity 40a does not reach the portion of the impurity 40b, the impurity concentration of the impurity 40b does not change, and a resistance element having a predetermined resistance value can be formed.
In FIG. 4, the manner in which the impurity 40a moves in the direction of the impurity 40b is indicated by broken line arrows as in FIG.

[第3の実施例形態の説明:図5(a),(b)]
次に、本発明の第3の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図5(a)および(b)は本発明の半導体装置の形状を模式的に示する断面図である。容量素子部、抵抗素子部、およびMISFET部の配置領域の境界は、説明しやすいように矢印でその領域を示している。
[Description of Third Embodiment: FIGS. 5A and 5B]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 5A and 5B are cross-sectional views schematically showing the shape of the semiconductor device of the present invention. The boundaries of the arrangement regions of the capacitive element portion, the resistive element portion, and the MISFET portion are indicated by arrows for easy explanation.

第3の実施形態は、すでに説明した第1の実施形態や第2の実施形態と同じく素子分離膜2の上部に凸部や凹部を設けるが、構造が異なっている。図5において、81は素子分
離膜2の上部に設ける凸部、82は素子分離膜2の上部に設けるテーパ形状を有する凸部である。なお、すでに説明した構成と同じ構成には同じ番号を付与している。
In the third embodiment, a convex portion and a concave portion are provided on the upper portion of the element isolation film 2 as in the first and second embodiments already described, but the structure is different. In FIG. 5, 81 is a convex portion provided on the upper portion of the element isolation film 2, and 82 is a convex portion having a tapered shape provided on the upper portion of the element isolation film 2. The same numbers are assigned to the same components as those already described.

凸部81,82は、素子分離膜2とは別体で構成している。容量素子の下部電極となる部分および抵抗素子となる部分を形成する導電性材料とは異なる材質で形成している。この材質は、特に限定しないが銅、チタンなどの金属、窒化膜などの絶縁膜、または、窒化膜や酸化膜の積層膜などで構成することができる。   The convex portions 81 and 82 are configured separately from the element isolation film 2. The conductive element is formed of a material different from the conductive material that forms the lower electrode of the capacitor element and the resistor element. Although this material is not particularly limited, it can be composed of a metal such as copper or titanium, an insulating film such as a nitride film, or a laminated film of a nitride film or an oxide film.

凸部81,82は、素子分離膜2の膜厚や平面形状などに左右されることなく、自由にその形状を決めることができる。このため、素子分離膜2の素子分離能力や絶縁分離能力に影響することないため、設計の自由度を有しつつ、所定の抵抗値を有する抵抗素子を形成することができる。   The shapes of the convex portions 81 and 82 can be freely determined without being influenced by the film thickness or planar shape of the element isolation film 2. For this reason, since it does not affect the element isolation capability and insulation isolation capability of the element isolation film 2, it is possible to form a resistance element having a predetermined resistance value while having a degree of freedom in design.

[第4の実施例形態の説明:図6(a),(b)]
次に、本発明の第4の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図6(a)および(b)は本発明の半導体装置の形状を模式的に示する断面図である。容量素子部、抵抗素子部、およびMISFET部の配置領域の境界は、説明しやすいように矢印でその領域を示している。
[Explanation of Fourth Embodiment: FIGS. 6 (a) and 6 (b)]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 6A and 6B are cross-sectional views schematically showing the shape of the semiconductor device of the present invention. The boundaries of the arrangement regions of the capacitive element portion, the resistive element portion, and the MISFET portion are indicated by arrows for easy explanation.

第4の実施形態は、すでに説明した第1の実施形態と同じく凹部9を設けるが、その構成が異なっている。図6において、9aは素子分離膜2に設ける凹部9に充填する充填物である。図6(a)は、通常の凹部9、図6(b)はテーパ形状を有する凹部9を示している。なお、すでに説明した構成と同じ構成には同じ番号を付与している。   4th Embodiment provides the recessed part 9 similarly to 1st Embodiment already demonstrated, However, The structure differs. In FIG. 6, reference numeral 9 a denotes a filling material that fills the recess 9 provided in the element isolation film 2. 6A shows a normal recess 9 and FIG. 6B shows a recess 9 having a tapered shape. The same numbers are assigned to the same components as those already described.

すでに説明した第1の実施形態および第2の実施形態では、凹部9内部には充填物9aが存在せず、例えば、空気が存在している。凹部9の幅または深さが小さい場合はよいが、大きいときには、半導体装置の製造工程が進み、その上部に知られている方法で層間絶縁膜を形成すると、凹部9の内部が空隙となり、層間絶縁膜の平坦化を阻害してしまうことがある。   In the first embodiment and the second embodiment already described, the filling 9a does not exist inside the recess 9, and air exists, for example. The width or depth of the recess 9 may be small, but when the recess 9 is large, the semiconductor device manufacturing process proceeds and an interlayer insulating film is formed thereon by a known method. There are cases where the flattening of the insulating film is hindered.

層間絶縁膜の平坦化がなされないと、その上部に設ける金属配線が断線してしまうことがある。しかしながら、本発明の第4の実施形態では、凹部9に充填物9aを充填するため、平坦化が保たれるのである。   If the interlayer insulating film is not flattened, the metal wiring provided thereon may be broken. However, in the fourth embodiment of the present invention, since the recess 9 is filled with the filler 9a, the flatness is maintained.

充填物9aまたは9bの形成には種々の方法を用いることができる。図は省略するが、例えば、素子分離膜2を形成した後、知られているホトリソエッチング方法で凹部9を形成する。その後、容量素子の下部電極となる部分および抵抗素子となる部分を形成する導電性材料とは異なる材質の充填材料膜を形成し、凹部9を該膜で埋め込む。その後、知られている化学的研磨方法などで凹部9の領域以外の充填材料膜を除去することで、充填物9aを形成することができる。
充填材料膜は、特に限定しないが、酸化膜などの絶縁膜、または、窒化膜や酸化膜の積層膜などを用いることができる。
Various methods can be used to form the filler 9a or 9b. Although illustration is omitted, for example, after the element isolation film 2 is formed, the recess 9 is formed by a known photolithography etching method. Thereafter, a filling material film made of a material different from the conductive material that forms the lower electrode portion and the resistance element portion of the capacitor element is formed, and the recess 9 is filled with the film. Then, the filling material 9a can be formed by removing the filling material film other than the region of the recess 9 by a known chemical polishing method or the like.
There is no particular limitation on the filler material film, but an insulating film such as an oxide film or a stacked film of a nitride film or an oxide film can be used.

以上説明した本発明の実施形態では、凸部8,凹部9を2つ設ける例を示したが、凸部8,凹部9を設ける数はそれに限定するものではない。そもそも凸部8または凹部9を設ける部分とは、ポリシリコン層4に注入する不純物濃度に差がある領域の間である。例示では、その不純物濃度に差がある領域とは、容量素子部と抵抗素子部との間、抵抗素子部とMISFET部との間のことである。もちろん、抵抗素子やMISFETに要求される電気特性によっては、自由に設ければよいのである。   In the embodiment of the present invention described above, the example in which the two convex portions 8 and the concave portions 9 are provided has been described, but the number of the convex portions 8 and the concave portions 9 is not limited thereto. In the first place, the portion where the convex portion 8 or the concave portion 9 is provided is between regions where there is a difference in impurity concentration implanted into the polysilicon layer 4. In the example, the regions having different impurity concentrations are between the capacitive element portion and the resistive element portion, and between the resistive element portion and the MISFET portion. Of course, it may be provided freely depending on the electrical characteristics required for the resistance element and the MISFET.

以上説明した本発明の半導体装置の構造は、素子分離膜上または素子分離膜に凸部や凹部を設けているが、凸部や凹部は、半導体基板上または半導体基板に設けてもよい。本発明の実施形態では、半導体基板としてシリコン半導体基板を用いる例を示したが、半導体基板にSOI(Silicon On Insulator)基板を用いてもよい。その場合は、凸部または凹部を半導体基板上に設けることもできる。
いずれの形態の基板を用いても、大切なことは、凸部または凹部を適する場所に設けることであって、使用する基板や半導体素子の配置を鑑みて、凸部または凹部の配置は、適宜変更が可能である。
In the structure of the semiconductor device of the present invention described above, a convex portion or a concave portion is provided on the element isolation film or the element isolation film. However, the convex portion or the concave portion may be provided on the semiconductor substrate or the semiconductor substrate. In the embodiment of the present invention, an example in which a silicon semiconductor substrate is used as the semiconductor substrate has been described, but an SOI (Silicon On Insulator) substrate may be used as the semiconductor substrate. In that case, a convex portion or a concave portion can be provided on the semiconductor substrate.
Regardless of which form of substrate is used, what is important is to provide a convex portion or a concave portion in a suitable place. In view of the arrangement of the substrate or semiconductor element to be used, the arrangement of the convex portion or the concave portion is appropriately determined. It can be changed.

本発明の半導体装置の構造は、容量素子近傍の抵抗素子の抵抗値の変動を発生させることがない。このため、容量素子や抵抗素子などの半導体素子を同一半導体基板上に形成する必要がある高集積化が求められる半導体装置に好適である。   The structure of the semiconductor device of the present invention does not cause a change in the resistance value of the resistance element in the vicinity of the capacitive element. Therefore, the semiconductor device is suitable for a semiconductor device that requires high integration, in which a semiconductor element such as a capacitor element or a resistance element needs to be formed over the same semiconductor substrate.

本発明の半導体装置の第1の実施形態の凸部,凹部を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the convex part and recessed part of 1st Embodiment of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の第1の実施形態の作用を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the effect | action of 1st Embodiment of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の第2の実施形態の凸部,凹部を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the convex part of the 2nd Embodiment of the semiconductor device of this invention, and a recessed part. 本発明の半導体装置の第2の実施形態の作用を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the effect | action of 2nd Embodiment of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の第3の実施形態の凸部,凹部を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the convex part and recessed part of 3rd Embodiment of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の第4の実施形態の凸部,凹部を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the convex part and recessed part of 4th Embodiment of the semiconductor device of this invention. 特許文献1に示した従来技術を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the prior art shown in patent document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
2 素子分離膜
3 ゲート絶縁膜
4 ポリシリコン層
4a 容量素子の下部電極
4b 抵抗素子
4c ゲート電極
5 誘電体膜
6 ポリシリコン層
6a 容量素子の上部電極
40a,40b,60a 不純物
7a ソース領域
7b ドレイン領域
8,80,81,82 凸部
9,90 凹部
9a 充填物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Element isolation film 3 Gate insulating film 4 Polysilicon layer 4a Lower electrode of capacitive element 4b Resistive element 4c Gate electrode 5 Dielectric film 6 Polysilicon layer 6a Upper electrode of capacitive element 40a, 40b, 60a Impurity 7a Source region 7b Drain region 8, 80, 81, 82 Convex 9,90 Concave 9a Filling

Claims (5)

半導体基板上に異なる構造の複数の素子を混載してなる半導体装置において、前記素子は、上部電極と下部電極とが対向する構造の容量素子、半導体層を加工して所定の形状にしてなる抵抗素子、MISFETのいずれかであって、前記半導体基板または前記半導体基板上に設ける素子分離膜上に備え、
前記容量素子の前記下部電極を構成する導電性材料、前記抵抗素子を構成する導電性材料、前記MISFETのゲート電極を構成する導電性材料のうちいずれか2つの導電性材料が隣接するとき、それら導電性材料の間の前記半導体基板内もしくは前記半導体基板上または前記素子分離膜内もしくは前記素子分離膜上に凸部または凹部を設けることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device in which a plurality of elements having different structures are mixedly mounted on a semiconductor substrate, the element includes a capacitor element having a structure in which an upper electrode and a lower electrode face each other, and a resistor formed by processing a semiconductor layer into a predetermined shape An element, a MISFET, provided on the semiconductor substrate or an element isolation film provided on the semiconductor substrate;
When any two of the conductive materials constituting the lower electrode of the capacitive element, the conductive material constituting the resistive element, and the conductive material constituting the gate electrode of the MISFET are adjacent to each other, A semiconductor device, wherein a convex portion or a concave portion is provided in the semiconductor substrate between the conductive materials or on the semiconductor substrate or in the element isolation film or on the element isolation film.
前記凸部または前記凹部は、前記半導体基板または前記素子分離膜を加工して形成するとともに、一体で構成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the convex portion or the concave portion is formed by processing the semiconductor substrate or the element isolation film and is integrally formed. 前記凸部または前記凹部は、その断面がテーパ形状を有していることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a cross section of the convex portion or the concave portion has a tapered shape. 前記凸部は、前記導電性材料とは異なる材質であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the convex portion is made of a material different from the conductive material. 前記凹部は、前記導電性材料とは異なる材質で充填されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the recess is filled with a material different from the conductive material.
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